Кіріспе

Инозитол трифосфаты немесе инозитол 1,4,5 трифосфаты, InsP3 немесе Ins3P немесе IP3 деп қысқартылатын, инозитол фосфатының сигналдық молекуласы болып табылады. Ол плазма мембранасында орналасқан фосфолипид – фосфатидил инозитол 4,5 бифосфатының (PIP2) фосфолипаза С (PLC) арқылы гидролизі нәтижесінде түзіледі. Диацилглицеролмен (DAG) бірге IP3 биологиялық жасушаларда сигналдарды беруде қолданылатын екінші хабаршы молекуласы болып табылады. DAG мембранада қалады, ал IP3 ерігіш және жасуша ішінде таралып, эндоплазмалық ретикулумда орналасқан кальций каналы – рецептормен байланысады. IP3 рецепторымен байланысқанда цитозольге кальций бөлінеді, соның нәтижесінде түрлі кальцийге тәуелді жасушаішілік сигналдар белсендіріледі.

Химиялық формуласы және молекулалық салмағы

IP3 – молекулалық массасы 420,10 г/моль болатын органикалық молекула. Оның эмпирикалық формуласы C6H15O15P3. Ол 1, 4 және 5-көміртектік орындарында үш фосфат тобы және 2, 3 және 6-орындарында үш гидроксил тобы бар инозитол сақинасынан құралған.

Химиялық қасиеттері

Фосфат топтары ерітіндінің pH-ына байланысты үш түрлі нысанда болуы мүмкін. Фосфор атомдары үш оттек атомдарын бір байланыс арқылы және төртінші оттек атомын қос/дативтік байланыс арқылы байланыстыра алады. Ерітіндінің pH-ы, демек фосфат тобының нысаны, оның басқа молекулаларға байланысу қабілетін анықтайды. Фосфат топтарының инозитол сақинасына байланысуы фосфор эфирі байланысы арқылы жүзеге асырылады (фосфор қышқылдары мен фосфаттарға қараңыз). Бұл байланыс инозитол сақинасынан гидроксил тобы мен бос фосфат тобын сусыздану реакциясы арқылы біріктіруді қамтиды. Орташа физиологиялық pH шамамен 7.4 болғандықтан, инозитол сақинасына байланысқан фосфат топтарының басты нысаны PO42− болып табылады. Бұл IP3-ке жалпы теріс заряд береді, бұл фосфат топтарының рецептордағы оң зарядталған қалдықтарға байланысуы арқылы оның рецепторға бекінуіне мүмкіндік береді. IP3 үш гидроксил тобы арқылы үш сутекті байланыс донорына ие. Инозитол сақинасындағы 6-шы көміртек атомындағы гидроксил тобы да IP3-тің бекінуіне қатысады.

Рецептормен байланысу

IP3-тің инозитол трифосфат рецепторы (InsP3R) деп аталатын рецепторына байланысуы алғаш рет 1990 жылдардың басында жойылған мутацияны қолдану арқылы зерттелді. Зерттеулер IP3 рецепторының N-ұшына бағытталған. 1997 жылы зерттеушілер IP3-тің аминоқышқыл қалдықтары 226 мен 578 арасындағы IP3 рецепторымен байланысуға қатысатын аймағын анықтады. IP3 теріс зарядталған молекула екенін ескерсек, аргинин және лизин сияқты оң зарядталған аминқышқылдарының қатысы болуы мүмкін деп болжалды. IP3 байланысуында 265 және 511 позицияларындағы екі аргинин қалдығы және 508 позициясындағы бір лизин қалдығы маңызды рөл атқаратыны анықталды. IP3-тің өзгертілген түрін қолдану арқылы үш фосфат тобының барлығы да рецептормен өзара әрекеттесетіні, бірақ тең емес екені анықталды. Иннозитол сақинасының 4-ші және 5-ші позицияларындағы фосфаттар 1-ші позициядағы фосфатқа және 6-шы позициядағы гидроксил тобына қарағанда күштірек әсер етеді.

Ашылу

Фосфоинозид метаболизміне гормонның әсер ететінін Мейбел Р. Хокин (1924–2003) және оның күйеуі Лоуэлл Э. Хокин 1953 жылы ашты, олар ацетилхолинмен стимуляцияланғанда радиоактивті 32P фосфаты панкреас тілімдерінің фосфатидилинозитолына енгенін анықтады. Осыған дейін фосфолипидтер жасушалардың плазмалық мембрананы құру үшін ғана қолданатын инертті құрылымдар деп есептелген. Келесі 20 жыл ішінде жасушалық сигналдау тұрғысынан PIP2 метаболизмінің маңыздылығы туралы көп мәлімет алынбады, 1970 жылдардың ортасына дейін Роберт Х. Мишель PIP2 катаболизмі мен жасуша ішіндегі кальций (Ca2+) деңгейінің жоғарылауы арасындағы байланыс туралы гипотеза ұсынды. Ол PIP2 рецепторларымен белсендірілген гидролизі жасуша ішіндегі кальцийдің қозғалысын күшейтуге себеп болатын молекула тудырады деп болжады. Мишель және оның әріптестері бұл идеяны жан-жақты зерттеді және 1981 жылы PIP2 белгісіз фосфодиэстераза арқылы DAG және IP3-ге гидролизделгенін көрсетті. 1984 жылы IP3 цитоплазма арқылы эндоплазмалық ретикулумға (ЭР) жетіп, онда кальцийдің цитоплазмаға шығарылуын стимуляциялайтын екінші хабаршы ретінде әрекет ететіні анықталды. Келесі зерттеулер IP3 жолы туралы құнды ақпарат берді, мысалы, 1986 жылы IP3-тің босататын кальцийдің көптеген рөлдерінің бірі DAG-мен бірге протеинкиназа C (PKC) белсенділігін арттыру екені анықталды. 1989 жылы фосфолипаза C (PLC) PIP2-ні DAG және IP3-ге гидролиздеуге жауапты фосфодиэстераза екені анықталды. Бүгінгі күні IP3 сигналдық жолы толығымен зерттелген және кальцийге тәуелді жасушалық сигналдық жолдардың әртүрлілігін реттеуде маңызды екені белгілі.

Сигнал беру жолы

Жасушаішілік Ca2+ концентрациясының артуы көбінесе IP3 белсендірілуінің нәтижесі болып табылады. Лиганд G белокпен байланысқан G белокқа (GPCR) байланысқанда, Gq α- кішібірлігі PLC изозимі PLC β-ға байланысып, оның белсенділігін тудырады, нәтижесінде PIP2 IP3 және DAG-ға ыдырайды. Егер рецепторлық тирозинкиназа (RTK) осы жолды белсендіруге қатысса, PLC γ изозимінде тирозин қалдықтары болады, олар RTK белсендірілген кезде фосфорилденуі мүмкін, бұл PLC γ-ны белсендіреді және оған PIP2-ні DAG және IP3-ке ыдыратуға мүмкіндік береді. Бұл инсулин сияқты өсу факторларына жауап бере алатын жасушаларда болады, себебі өсу факторлары RTK-ні белсендіретін лигандтар болып табылады. IP3 (сондай-ақ Ins(1,4,5)P3 деп қысқартылатын) – ерігіш молекула және PLC әрекетінен пайда болғаннан кейін цитоплазма арқылы ER-ге немесе бұлшық ет жасушаларында саркоплазмалық торға (SR) дейін таралуға қабілетті. ER-ге жеткенде IP3, ER бетінде орналасқан лигандқа байланысқан Ca2+ каналы болып табылатын Ins(1,4,5)P3 рецепторына (Ins(1,4,5)P3R) байланыса алады. IP3 (осы жағдайда лиганд) Ins(1,4,5)P3R-ға байланысқанда Ca2+ каналы ашылады, соның салдарынан Ca2+ цитоплазмаға босатылады. Нерв жүйесінде IP3 екінші хабаршы ретінде қызмет етеді, ал мида IP3 рецепторларының ең жоғары концентрациясы байқалады. IP3 рецепторларының мишақшаның Пуркинье жасушаларында пластикалық өзгерістерді тудыруда маңызды рөл атқаратыны дәлелденген.

Теңіз қазқайырының жұмыртқалары

Теңіз кірпісіндегі полиспермияның баяу тоқтауы PIP2 екінші хабаршы жүйесі арқылы қамтамасыз етіледі. Байланыс рецепторларының қозуы PLC-ні белсендіреді, ол жұмыртқаның плазмалық мембранасындағы PIP2-ні ыдыратады, IP3-ті жұмыртқа жасушасының цитоплазмасына босатады. IP3 эндоплазмалық ретикулумға (ER) таралып, онда Ca2+ каналдарын ашады.

Хантингтон ауруы

Хантингтон ауруы цитозолдық Хантингтин (Htt) белгісіздің аминотерминалдық аймағына қосымша 35 глутамин қалдығы қосылғанда пайда болады. Htt-тің осы өзгертілген түрі Httexp деп аталады. Httexp 1-типті IP3 рецепторларын IP3-қа одан да сезімтал етеді, нәтижесінде эндоплазмалық тордан (ER) тым көп Ca2+ бөлінеді. ER-ден Ca2+ бөлінуі цитозольдік және митохондриялық Ca2+ концентрациясының артуына себеп болады. Осы Ca2+ артуы GABAергиялық MSN-нің ыдырауына себеп болады деп есептеледі.

Альцгеймер ауруы

Альцгеймер ауруы мидың прогрессивті дегенерациясын қамтиды, бұл психикалық қабілеттерге елеулі әсер етеді. 1994 жылы Ca2+ Альцгеймер ауруының гипотезасы ұсынылғаннан бері, бірнеше зерттеулер Ca2+ сигналдауының бұзылуы Альцгеймер ауруының басты себебі екенін көрсетті. Туыстық Альцгеймер ауруы пресинилин 1 (PS1), пресинилин 2 (PS2) және амилоид алдынғы белок (APP) гендеріндегі мутациялармен күшті байланысты. Осы уақытқа дейін анықталған осы гендердің барлық мутацияланған түрлері ER-де Ca2+ сигналдауының бұзылуына себеп болады. PS1 мутациялары бірнеше жануарлар моделінде ER-ден IP3-тің көмегімен Ca2+ бөлінуін күшейтетіні дәлелденді. Кальций каналдарының блокаторлары Альцгеймер ауруын емдеуде белгілі бір жетістіктерге қол жеткізді, ал литийді қолдану арқылы IP3 айналымын баяулату да емдеудің мүмкін әдісі ретінде қарастырылуда.